(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋通路を通して加圧された液体をノズル内に供給し前記ノズル内に旋回流を発生させ、前記旋回流により発生する負圧を用いて気体を前記ノズル内に導き入れ気液二相旋回流を形成し、前記気液二相旋回流をノズル出口から噴出することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生する微細気泡発生装置の収容部に嵌装され前記螺旋通路を形成する螺旋通路形成体であって、
円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って前記気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、
前記円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、
前記羽根の外周縁に形成される外側円筒部と
を備えることを特徴とする螺旋通路形成体。
【請求項２】
前記羽根の入口部が立ち上げられていることを特徴とする請求項１に記載の螺旋通路形成体。
【請求項３】
前記羽根が複数設けられ、前記複数の羽根同士が前記中心軸方向に重ならないことを特徴とする請求項２に記載の螺旋通路形成体。
【請求項４】
前記複数の羽根が１８０°ずらして配置された２枚の羽根からなり、各羽根が前記外周面の半周に亘って形成されることを特徴とする請求項３に記載の螺旋通路形成体。
【請求項５】
前記本体、羽根、外側円筒部が射出成形により一体的に形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の螺旋通路形成体。
【請求項６】
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成されたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の螺旋通路形成体。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の螺旋通路形成体が装着される微細気泡発生装置であって、前記ノズルに装着される液体供給部と、前記液体供給部に設けられる気体供給部とを更に備え、前記螺旋通路形成体が前記ノズル内に形成された円筒形の収容部に嵌挿され、前記収容部には前記螺旋通路形成体の外側円筒部を受ける段部が設けられることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項８】
前記液体供給部は前記ノズルに嵌挿されて前記ノズルに固定され、前記ノズルに嵌挿される前記液体供給部の先端部が前記螺旋通路形成体の外側円筒部に当接し、前記螺旋通路形成体が前記段部と前記先端部の間に保持されることを特徴とする請求項７に記載の微細気泡発生装置。
【請求項９】
前記液体供給部の液体通路内に沿って、前記気体供給部からの気体導入管が配置され、前記気体導入管が前記螺旋通路形成体の気体導入孔に連結されることを特徴とする請求項８に記載の微細気泡発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回流を利用して気液混合を行い液中に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロバブルなどの微細気泡を液中に発生させる方式として気液二相高速旋回方式が知られている。気液二相高速旋回方式では、ノズル内の円筒面に沿って液体を高速旋回させてノズル中心（軸心に沿って）に負圧を発生させる。そして、この負圧によりノズル内に気体を導入し高速旋回する気液二相旋回流を形成する。この旋回流を軸心に沿って縮流し、ノズル出口から開放することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生させる（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１の微細気泡発生装置では、高圧の液体を、螺旋流路を通してノズル内の気液混合空間に導き、これにより気液混合空間の円筒内周面に沿う螺旋状の高速旋回流を形成する。螺旋流路は、その外周に螺旋状の羽根が設けられた円柱部を、羽根の外径に略等しい内径を有するノズル本体に設けられた円筒に嵌合することで形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４２２５１号公報
【特許文献２】特許第４３７６８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、螺旋状の羽根は液体の極めて高い圧力に曝されるため特許文献１、２の構成では耐久性に問題がある。
【０００６】
本発明は、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の旋回通路形成体は、螺旋通路を通して加圧された液体をノズル内に供給しノズル内に旋回流を発生させ、旋回流により発生する負圧を用いて気体をノズル内に導き入れ気液二相旋回流を形成し、気液二相旋回流をノズル出口から噴出することにより気液二相流体をせん断し微細気泡を発生する微細気泡発生装置に装着される旋回通路形成体であって、円柱部と円錐台部とから構成され、中心軸に沿って気体を導くための気体導入孔が形成された本体と、円柱部の外周面に沿って形成された螺旋状の羽根と、羽根の外周縁に形成される外側円筒部とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
羽根の入口部は立ち上げられていることが好ましい。これにより供給される液体の圧力損失を下げ、噴出される液体の流速を高めることで強い旋回流を発生させることができる。羽根は複数設けられ、複数の羽根同士が中心軸方向に重ならないことが好ましい。これにより、螺旋通路形成体を鋳型で一体成形することができる。また、複数の羽根は１８０°ずらして配置された２枚の羽根からなることが好ましく、各羽根は外周面の半周に亘って形成される。更に本体、羽根、外側円筒部は鋳型成形により一体的に形成されることが好ましい。例えば、旋回通路形成体はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成される。
【０００９】
本発明の微細気泡発生装置は、上記螺旋通路形成体を用いる上記何れかの微細気泡発生装置であって、ノズルに装着される液体供給部と、液体供給部に設けられる気体供給部とを更に備え、螺旋通路形成体がノズル内に形成された円筒形の収容部に嵌挿され、収容部には螺旋通路形成体の外側円筒部を受ける段部が設けられたことを特徴としている。
【００１０】
液体供給部はノズルに嵌挿されてノズルに固定され、ノズルに嵌挿される液体供給部の先端部は螺旋通路形成体の外側円筒部に当接し、螺旋通路形成体は段部と先端部の間に保持される。液体供給部の液体通路内に沿って、気体供給部からの気体導入管が配置され、気体導入管は、螺旋通路形成体の気体導入孔に連結される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、気液二相高速旋回方式を用いた微細気泡発生装置において、螺旋流路の高圧流体に対する耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の微細気泡発生装置の側断面図である。
【図２】螺旋通路形成体の頂面図、側面図、底面図である。
【図３】螺旋通路形成体の断面図、矢視図である。
【図４】螺旋通路形成体の変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である微細気泡発生装置の構成を示す断面図である。
【００１４】
微細気泡発生装置１０は、液中にマイクロバブルなどの微細気泡を発生させるノズル１１と、ノズル１１に加圧された液体を供給する液体供給部１２と、ノズル１１に気体を供給する気体供給部１３を備える。ノズル１１は、例えば液体Ｌを貯留したタンクの壁面１４に固定され、その先端は液体Ｌ内に配置される。
【００１５】
本実施形態では、ノズル１１は肩部１５を備え、ノズル１１はその先端が壁面１４に形成された孔に挿入され、ノズル１１の先端にナット１６を螺装し、肩部１５とナット１６の間に壁面１４を把持することでノズル１１がタンク壁面１４に固定される。
【００１６】
ノズル１１の基部側には、液体供給部１２の一端（先端部１２Ａ）が気密的に嵌挿される。また、液体供給部１２の他端には気体供給部１３が設けられる。液体供給部１２は、例えばＬ字形の液体通路１７を備え、その外形もＬ字形に沿った外形を呈する。図１において側方に延びる開口端には管継手部１８が設けられ、管継手部１８には加圧ポンプ等に接続された管（図示せず）が接続される。すなわち加圧ポンプから加圧された液体が液体通路１７へと供給される。
【００１７】
また、液体通路１７の他方の開口端は、ノズル１１内に形成された回転対称な空間へと接続される。この回転対称な空間には、後述する螺旋通路形成体１９を収容する大径の円筒空間（収容部）２０が設けられ、その先には、円錐状に縮径する縮径部２１が設けられる。また縮径部２１の先には、気液二相旋回流を生成する小径の円筒空間（気液混合部）２２が設けられる。気液混合部２２は、その先端において一端縮径された後ノズル外部に開口される。
【００１８】
ノズル１１に接続された液体通路１７の開口の反対側（Ｌ字に曲がる根元部）には、小孔２３が形成され、気体供給部１３からの気体導入管２４が気密的に相通される。液体通路１７内へと延出する気体導入管２４は、液体通路１７の略中央に沿って延在し、その先端部は収容部２０に装置された螺旋通路形成体１９の気体導入孔２５に装着される。
【００１９】
気体供給部１３には、気体を流通するＬ字形の気体通路２６が形成されており、側方に延出する開口端には、管継手２７が設けられる。すなわち、管継手２７に接続される管（図示せず）から所望の気体が気体通路２６へと供給される。また、気体通路２６の例えばＬ字曲がり部には、ニードルスクリュウ等の流量調整弁２８が設けられ、気体導入管２４へと供給される気体流量の調整が行われる。
【００２０】
次に図２、図３を参照して本実施形態における螺旋通路形成体１９の構造について説明する。なお図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態の螺旋通路形成体１９の頂面図、側面図、底面図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図、図３（ｂ）、（ｃ）は、図２（ｃ）のＢ方向、Ｃ方向からの矢視図（外周円筒部を取り除いた）である。
【００２１】
図２、３に示されるように、螺旋通路形成体１９の本体２９は、円柱状の円柱部２９Ａと、円柱部２９Ａの下端から円錐台形状に突出する円錐台部２９Ｂとから構成され、円柱部２９Ａの外周面には一対の螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂが設けられる。また、螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂの外周縁には、円筒状の外側円筒部３１が設けられる。本実施形態において、外側円筒部３１の高さは、例えば円柱部２９Ａの高さに等しく、円錐台部２９Ｂの底面の外径は円柱部２９Ａの外径に等しい。なお、本体２９の中心には、気体導入孔２５が円柱軸（円錐軸）に沿って形成される。
【００２２】
本実施形態において、螺旋状の羽根３０Ａ、３０Ｂは、本体２９の中心軸を中心として１８０°隔てた位置から始まり、各々、円柱部２９Ａの外周面に沿って半周（１８０°）に亘り設けられる。すなわち、本実施形態では、２重螺旋のように羽根同士が軸方向に重なることがない。
【００２３】
また、螺旋通路を形成する羽根３０Ａ、３０Ｂは、頂面近くにおいて立ち上げられ、螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂを形成する（特に図３（ｃ）参照）。螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂは、図２（ａ）に示されるように本体２９の軸を中心とする角θ１の範囲に設けられ、残りの角θ２の範囲は、リード角が一定な羽根３０Ａ、３０Ｂの本体部として形成される。角度θ１、θ２は、例えば公差±１０°として、それぞれ約３０°、１５０°に設定され、羽根３０Ａ、３０Ｂの本体部分（角度θ２の範囲）のリード角は、例えば５°〜１０°に設定される。また、螺旋通路入口部３２Ａ、３２Ｂの立ち上がり部分の最端部（上流側）は略９０°とされる。
【００２４】
次に図１、図３を参照して、螺旋通路形成体１９の収容部２０への固定方法について説明する。
【００２５】
ノズル１１の収容部２０と縮径部２１の接続部には、外側円筒部３１の厚さと略同一寸法幅を有する段部２０Ａが形成される。螺旋通路形成体１９を収容部２０に装着すると、外側円筒部３１の外周面は、収容部２０の内周面に密接し、外側円筒部３１の下端部は、段部２０Ａに当接する。
【００２６】
一方、液体供給部１２の先端部１２Ａは、外側円筒部３１と略同一径、略同一厚さの円筒形状を呈し、螺旋通路形成体１９を収容部２０に装着後、液体供給部１２がノズル１１に装着されると、先端部１２Ａが外側円筒部３１の上端部に当接する。これにより、螺旋通路形成体１９の位置は、収容部２０内において固定される。なお本実施形態では、このとき螺旋通路形成体１９の円錐部２９Ｂの先端が、気液混合部２２の入り口高さに位置する。
【００２７】
次に、以上の構成を用いた気液二相旋回流体生成過程と、微細気泡生成過程の概略について図１を参照して説明する。
【００２８】
液体通路１７に供給される加圧流体は、螺旋通路形成体１９の入口部（３２Ａ、３２Ｂ）から螺旋状の羽根（３０Ａ、３０Ｂ）に沿っての縮径部２１へ導かれ、周方向下向きに噴出される。液体は縮径部２１の円錐面に沿って螺旋状に気液混合部２２へと導かれ、更に増速されて気液混合部２２の円筒内周面に沿って高速旋回を行いながらノズル先端部の開口に向けて流れる。これにより気液混合部２２の中心には負圧が発生し、気体導入管２４から気液混合部２２に円筒軸に沿って気体が吸引され、気液二相旋回流体が形成される。この気液二相旋回流体が縮径された気液混合部２２の先端開口部からノズル外部へと噴出・開放され、この過程で気液二相流体がせん断され微細気泡が発生する。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、微細気泡発生装置に用いられる螺旋通路形成体に設けられた螺旋状の羽根の周縁が円筒部によって補強されているため、高い圧力の液体に対しても羽根に十分な強度を与えることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、螺旋状の羽根を複数設けるとともに、それらが軸方向に重ならないようにしたため、螺旋通路形成体を鋳型成形により一体的に成形できる。しかし、このように軸方向に重ならないようにすると、先行例のように二重螺旋構造を採用することができず、螺旋通路の長さが短くなる。このため、螺旋流の助走距離が短くなって旋回流の効率が低下する。これを供給される流体圧力を増大させることで補うことが考えられるが、圧力を上げ、螺旋通路の流速を増大させると、螺旋通路入口部分での圧力損失が増大する。
【００３１】
このため、本実施形態では、螺旋通路の入口部分を立ち上げることで、流れの方向が急激に変化することを防止し、損失の発生を低減している。これにより、本実施形態では、鋳型成形を用いるために、螺旋通路の長さを短くしながらも、強い旋回流を発生させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、螺旋ピッチが入口部で不連続に変更されているが、螺旋通路全体あるいは入口部において、入り口に向けて連続的にピッチを大きくする構成とすることもできる。
【００３３】
例えば、螺旋通路形成体はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から形成される。
【００３４】
なお、図４に螺旋通路形成体の変形例を示す。図４に示される変形例では、外側側壁３１と羽根３０Ａ、３０Ｂ、円柱部２９Ａが接続される角部がＲが設けられ（円弧などの湾曲した形に形成）、これらの壁面で形成される通路内を流れる流体の角部での渦の発生を抑制し、抵抗を低減している。
【符号の説明】
【００３５】
１０  微細気泡発生装置
１１  ノズル
１２  液体供給部
１３  気体供給部
１４  タンク壁面
１９  螺旋通路形成体
２０  収容部
２０Ａ  段部
２２  気液混合部
２９  螺旋通路形成体本体
２９Ａ  円柱部
２９Ｂ  円錐台部
３０Ａ、３０Ｂ  螺旋状の羽根
３１  外側円筒部
３２Ａ、３２Ｂ  螺旋通路入口部  
【図１】
0005801210.tif 000002
【図２】
0005801210.tif 000003
【図３】
0005801210.tif 000004
【図４】
0005801210.tif 000005